TP HF Manipulation 6 CARACTERISATION D UN AMPLIFICATEUR MICRO ONDE

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1 TP HF Manipulation 6 CARACTERIATION D UN AMPLIFICATEUR MICRO ONDE I. Introduction Ls amplificaturs micro onds sont aujourd hui utilisés dans ls chaîns d transmission ds systèms d télécommunications. Il n xist d plusiurs typs : Amplificatur d bas d nivau : dont ls prformancs sont indépndants du nivau appliqué sur l ntré. Ils sont d typ band étroit, larg band suivant l circuit d adaptation (réactif, résistif, contr réaction) Amplificatur bas nivau faibl bruit : son but st d maximisr l rapport signal sur bruit d manièr à xtrair un signal d très faibl amplitud noyé dans l bruit (cas ds liaisons hrtzinns ou satllits) Amplificatur d puissanc : il prmt d délivrr un puissanc élvé n sorti. on fonctionnmnt étant non linéair, ss caractéristiqus sont alors fonction du nivau d puissanc appliqué. L objctif d c TP st donc la caractérisation d un amplificatur hyprfréqunc bas nivau band étroit (1,4 GHz). Dans un prmir tmps, nous précisrons la définition d un amplificatur puis dans un scond parti, nous étudirons un amplificatur (Advantk MA-34) afin d vérifir ss caractéristiqus. Pour cla, l étud sra n régim linéair t n régim non linéair. II. Définition d un amplificatur Un amplificatur aura un comportmnt différnt suivant l nivau d la puissanc d ntré. Ainsi pour ds puissancs faibls, un amplificatur sra n régim linéair t à partir d un crtain puissanc, il passra n régim non linéair. A. L régim linéair ou bas nivau Un systèm linéair a comm caractéristiqu d n pas déformr l spctr fréquntil. Ainsi, un signal n ntré n sra pas déformé n sorti. IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 1

2 1. Taux d ond stationnair Il prmt la caractérisation d la réflxion n un point qulconqu du systèm. Dans notr xmpl nous étudirons l TO n ntré t n sorti d notr systèm. Nous avons donc : 1+ Γ ρ Γ 1+ Γr ρr Γ r avc Γ t r Γ cofficint d réflxion n ntré t n sorti Lorsqu ρ st voisin d 1, l régim sur la lign st proch du régim d onds progrssivs. Pour ρ dépass qulqus unités, la désadaptation commnc à êtr important. Au dlà, l régim st dit régim d onds stationnairs.. Paramètrs d l amplificatur b1 11 a1 b 1 a1 a a ond rcu sur ond nvoyé ond rcu sur ond nvoyé la voi sur 1 la voi sur 1 1 Zcnsorti Zcnsorti b1 1 a a1 ond rcu sur ond nvoyé la sur voi 1 Zcnntré b a a1 ond rcu sur ond nvoyé la voi sur Zcnntré L adaptation st nécssair dans tout systèm pour qu il fonctionn corrctmnt. L cofficint d réflxion vaut alors. Un désadaptation s traduit par un cofficint d réflxion infini. En rportant ls valurs xtrêms ds valurs ds cofficints d réflxion dans la formul du TO, nous obtnons un adaptation pour un TO d 1. Un TO proch 1 caractérisra un bon amplificatur car il prmt un transfrt d puissanc maximum d l ntré vrs la sorti t un rtour d charg minimal vrs l génératur. IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric

3 3. Gain d l amplificatur L gain st l paramètr ssntil d un amplificatur, il st défini d la manièr suivant : Ps G (soit P Ps G( db) 1log ) P Différnts typs puvnt êtr définis slon ls applications nvisagés : Γg. Γr Gain d insrtion Gi 1.. Γ. Γ. Γ C st l gain msuré d l amplificatur lors ds msurs. C st donc l rapport d la sorti sur l ntré. Gain transduciqu G t 1 r ( Γr )(. Γg ).. Γ r g. Γ. Γ C st l rapport ntr la puissanc d sorti t la puissanc maximal qu l génératur puiss délivrr. ( Γg ) Gain disponibl G d Γ g g.(1 Γ C st l gain maximal qu l on pur obtnir lorsqu l ntré t la sorti sont adaptés On rmarqu qu l gain vari st n fonction fréqunc, c st pour cla qu l on étudi l amplificatur sur un larg band fréqunc (1 à,4 GHz). ) IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 3

4 B. Régim non linéair ou fort nivau 1. Définition Un fonctionnmnt s traduit toujours par la déformation du spctr fréquntil. Ainsi il apparaît ds fréquncs imags qui puvnt êtr néfast pour l signal : c phénomèn a un nom : c st l produit d intr modulation. Dans l graph ci-dssus, l systèm a cré dux rais très prochs ds rais initials. Ells sont difficils à éliminr, c st l produit d ordr 3.. Point d comprssion à 1dB Pour détrminr quand l amplificatur st n régim bas nivau ou haut nivau, on détrmin un point (P -1dB, P s-1db ). Il st défini tl qu l écart ntr la courb réll t la courb idéal soit égal à 1dB. Nous obtnons l graph ci-dssous : Dans la parti gauch, nous avons la zon linéair. Dans la parti droit, il s agit d la parti non linéair : nous nous aprcvons qu l amplificatur n put pas délivrr un puissanc supériur à Psat. IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 4

5 Cci apparaît logiqu : n fft pour augmntr la puissanc d ntré, l ampli s srt d sa puissanc d alimntation qui lui fix un puissanc max d sorti. L point d comprssion à 1dB prmt d évalur la puissanc maximum suscptibl d êtr disponibl à la sorti d l amplificatur. 3. Point d intrcption d ordr 3 Ls produits d intrmodulation d ordr 3 étant ls plus néfasts, on a chrché à ls rprésntr schématiqumnt. Un droit d pnt 3 symbolisra l phénomèn. Grâc à ctt droit il sra possibl d détrminr l amplituds ds signaux parasits. III. Manipulation : Caractérisation d un amplificatur L amplificatur possèd dux mods d fonctionnmnt : linéair t non linéair Avant d étudir cs mods, voyons l modul amplificatur mis à notr disposition. A. Dscriptif du modul amplificatur L amplificatur Avantk MA-34 st réalisé à partir d transistor bipolairs présntant un ft 1 Ghz (fréqunc pour laqull l gain n courant st égal à un, lorsqu la sorti st n court circuit) t un fmax 5 Ghz (fréqunc pour laqull l gain n puissanc Ps/P1). Donnés constructurs d l amplificatur Avantk MA-34 : Gain d l amplificatur à 1,8 Ghz :.. 9dB Band passant à 3 db :...1,6 Ghz TO maximum n ntré dans la band,1 à 3 Ghz :.... 1,3 TO maximum n sorti dans la band,1 à 3 Ghz :. 1,6 Puissanc d sorti à 1 db d comprssion à 1,8 Ghz : 6 dbm Puissanc maximal admissibl n ntré :.4 mw IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 5

6 Courant d polarisation maximum :..7 ma B. Etud bas nivau d l amplificatur Ls différnts élémnts sont : La sourc vobulé (HP86) :génèr un puissanc constant dans un band d fréqunc précis sans introduir d composants harmoniqus Analysur d résaux scalair (Wiltron 56A) : prmt d visualisr ls moduls ds paramètrs. Détctur HF (56-7N5) :prmt d réalisr ds msurs d puissanc absolu t rlativ. Pont d msur d TO avc détctur HF intégré : st capabl d xtrair un parti d la puissanc pour prmttr la msur ds paramètrs. Divisur d puissanc :divis la puissanc n dux partis égals. DUT : élémnt à tstr. ici un amplificatur. IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 6

7 1. Calibrag du banc La calibration du banc st nécssair pour éliminr touts ls prts générés par ls différnts élémnts du systèm (câbls, pont, détctur HF ). C sont ls caractéristiqus à vid du montag. Un zéro rlatif st ainsi crér pour connaîtr ls spécifications rélls d l élémnt insérr. D plus, la calibration du banc prmt d vérifir la validité du banc d msur. Pour obtnir un bonn calibration, il st nécssair d s placr dans un cas xtrêm à savoir un court-circuit pour la réflxion t un charg adapté pour la transmission Calibration n réflxion Nous obtnons la valur d 13.5 db pour A-R. Nous avons nrgistré ctt valur afin d pouvoir la soustrair au msur avc l DUT : (banc d ssai+dut) (banc d ssai) DUT Calibration n transmission D la mêm manièr qu précédmmnt, nous allons rmplacr l DUT ctt fois ci par un charg adapté. Nous obtnons alors un valur d 7.8 db. En fft, la transmission maximal st obtnu lorsqu la sorti du systèm st adapté. Rmarqu : qull qu soit la fréqunc nous obtnons la mêm valur. Cci provint d la band d fréqunc d utilisation du pont d msur (jusqu à 5GHz).. Msur ds moduls ds paramètrs Ls paramètrs 11 t 1 Pour détrminr lur valurs, nous avons bsoin d b 1, b,a 1. Nous allons placr l ntré d l amplificatur sur l pont d msur. Nous avons ainsi : b 1 A (Puissanc réfléchi) b B (Puissanc n sorti) a 1 R (Puissanc n ntré) 11 b1 a1 a 11 ( db) b1 1log( ) 1log( b1) 1log( a1) a1 A( db) R( db) En utilisant dirctmnt la touch A-R d l analysur, nous avons dirctmnt la valur d 11 pour l montag. En soustrayant l nivau nrgistré précédmmnt, nous avons l cofficint d réflxion d l amplificatur. IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 7

8 Pour ds fréquncs variant ntr 1 t.4 GHz nous avons ls résultats suivants : (voir courb n annx) f n GHz 1 1, 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,9, 11 (db) 8,7 9,5 9, 9,3 8,9 8,9 8,7 8,4 8, 7,4 1 (db) -13,6-19,4-3,8-9, ,7-6,3-4,1-3,1 -,8 Gain n puissanc maximum : Pour f1. GHz G9.5 db Band passant à 1dB sur 1 : 93 MHz ( ) 1+ Taux d ond stationnair maximum... TO Rmarqu : Un gain d 9.5 db corrspond n rél à un multiplication par 8.9 d la puissanc d ntré. Notr valur du gain s rapproch d cll du constructur qui st compris ntr 1 t 11 db Pour calculr l taux d ond stationnair, il st nécssair d transformr 11 (max) n valur naturll. Nous obtnons alors Il faut égalmnt notr qu Γ 11 car Γ r Ls paramètrs 1 t Pour calculr ls valurs d 1 t nous avons bsoin ds valurs d a 1, a, b définissant 1 t. l ntré d l amplificatur st ctt fois ci conncté à l analysur. La méthod d calcul st la mêm, ll n sra pas défini Ci-dssous ls résultats obtnus : f n GHz 1 1, 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,9, 1 (db) -17,5-15, -14,9-14,6-14,4-13,7-13,55-13,3-14,5-16,44 (db) -5,6-8, ,5-13,5-16,4-17,5-18, -17,7-16,4 1+ TO max max 1.76 avc.75 n valur naturll pour f 1GHz max Il faut égalmnt notr qu Γs car Γg. C TO s rapproch d clui donné par l constructur à savoir 1.6 pour la band [.1;3GHz]. IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 8

9 1 st l cofficint d transmission. La contr réaction traduit l fft invrs. Il s agira d 1, cofficint d transmission invrs % Il n y a qu 4.6% du signal réfléchi qui rvint sur la charg. Paramètrs d l'amplificatur n fonction d la fréqunc db,5 1 1,5, Fréqunc n GHz IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 9

10 C. Etud haut nivau Faut d tmps ctt parti n a pu êtr réalisé. IV. Conclusion Ls résultats obtnus sont souvnt supériurs aux informations donnés par l constructur : nos résultats apparaissnt donc tout à fait corrct. C TP nous a aussi prmis d nous familiarisr avc l matéril HF : analysur d résaux scalair, pont d msur d TO, détctur HF, sourc vobulé Enfin nous avons pu êtr snsibilisé à l importanc du calibrag lors d l utilisation d un banc d ssai. IUP TRI m anné : ADROIT Laurnt, FOUQUE Fabric 1

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